Detta experiment använder en anatomiskt-constrained Magnetencefalografi (aMEG) metod för att undersöka hjärnan oscillerande dynamik och long-range funktionella synchrony under engagemang av kognitiv kontroll som en funktion av akut alkoholförgiftning.
Beslutsfattande är beroende av dynamiska interaktioner av distribuerade, primärt frontal hjärnan. Omfattande belägg från funktionell magnetresonanstomografi (fMRI) indikerar att den främre cingulum (ACC) och de laterala prefrontala cortices (latPFC) är viktiga noder subserving kognitiv kontroll. Dock på grund av dess begränsade temporal upplösning, kan inte fMRI exakt återger timing och arten av deras förmodade samspelet. Föreliggande studie kombinerar distribuerade källa modellering av temporally exakt Magnetencefalografi (MEG) signalen med strukturella Mr i form av ”hjärnan filmer” till: (1) uppskattning de kortikala områdena involverade i kognitiv kontroll (”där”), (2) kännetecknar deras tidsmässiga sekvens (”när”), och (3) kvantifiera oscillerande dynamiken i deras neurala interaktioner i realtid. Stroop störningar var associerade med större evenemangsrelaterade theta (4-7 Hz) makt i ACC under konfliktidentifiering följt av ihållande känslighet till kognitiva krav i ACC och latPFC under integration och utarbetandet av reaktionerna. En fas-låsning analysen visade co-oscillatory interaktioner mellan dessa områden som anger deras ökade neurala synkronin i theta band under konflikten-inducerande ologiskt prövningar. Dessa resultat bekräftar att theta svängningar är grundläggande för långväga synkronisering behövs för att integrera uppifrån influenser under kognitiv kontroll. MEG återspeglar neural aktivitet direkt, vilket gör den lämplig för farmakologiska manipulationer i motsats till fMRI som är känslig för vasoaktiva förvirrar. I den aktuella studien gavs friska sociala alkoholkonsumenter en måttlig alkohol dos och placebo i en inomindividuella design. Akut förgiftning försvagade theta makt att Stroop konflikt och dysreglerad samtidig svängningar mellan ACC och latPFC, bekräftar att alkohol är skadligt för neurala synkronin subserving kognitiv kontroll. Det stör målinriktat beteende som kan leda till bristande självkontroll, bidrar till tvångsmässigt drickande. Sammanfattningsvis, denna metod kan ge insikt i realtid interaktioner under kognitiv bearbetning och kan karaktärisera den selektiva känsligheten för farmakologiska utmaning över relevanta neurala nätverk.
Det övergripande målet med denna studie är att undersöka effekterna av akut alkoholförgiftning på plats och tid förändringar i hjärnan oscillerande dynamics och long-range funktionella integrering under kognitiv kontroll. De sysselsatta multimodal imaging strategi kombinerar Magnetencefalografi (MEG) och strukturella magnetisk resonanstomografi (MRT) för att ge insikt i personlighetens grund i beslutsfattande med hög tidsmässig precision och på samma nivå som ett interaktivt system.
Flexibelt beteende gör det möjligt att anpassa sig till förändrade kontextuella krav och att växla strategiskt mellan olika uppgifter och krav i samförstånd med ens avsikter och mål. Förmågan att undertrycka automatiska svar till förmån för målet relevanta men icke-vanliga åtgärder är en viktig aspekt av kognitiv kontroll. Omfattande bevis tyder på att det är subserved av ett huvudsakligen frontala kortikala nätverk, med främre cingulum cortex (ACC) som en central nod i detta interaktiva nätverk1,2,3,4. Medan den rikliga anatomiska anslutningen mellan ACC och laterala frontal cortices är väl beskrivna5,6, funktionella egenskaper hos kommunikation mellan dessa regioner under kognitiv kontroll, svar urval och utförande, är dåligt förstått.
Inflytelserikt konflikten övervakning teori7,8 föreslår att kognitiv kontroll uppstår från ett dynamiskt samspel mellan de mediala och laterala prefrontala cortices. Detta konto utger sig som ACC övervakar konflikten mellan konkurrerande representationer och engagerar laterala prefrontala cortex (latPFC) att genomföra svar kontroll och optimera prestanda. Detta konto är dock främst utifrån funktionell MRI (fMRI) studierna använder blod syresättning nivå beroende (fet) signalen. FMRI-BOLD signalen är en utmärkt rumsliga kartverktyg, men dess temporal upplösning är begränsat eftersom det speglar regionala hemodynamiska förändringar medieras av neurovaskulära koppling. Som ett resultat, utvecklas de DJÄRVA signalförändringar mycket långsammare tid skala (i sekunder) än de underliggande neurala händelser (i millisekunder)9. Dessutom fet signalen är känslig för alkoholens vasoaktiv effekter10 och kan inte korrekt representerar storleken på neurala förändringar, vilket gör den mindre lämplig för studier av akut alkoholförgiftning. Därför förmodade samspelet mellan de mediala och laterala prefrontala cortices och dess känslighet för alkohol berusning behöver undersökas med metoder som neurala händelser registreras temporally preciserad. MEG har en utmärkt temporal upplösning eftersom det återspeglar direkt postsynaptiska strömmar. Den anatomiskt-constrained MEG (aMEG) metod som anställd här är en multimodal metod som kombinerar distribuerade källa modellering av MEG signalen med strukturella MRI. Det möjliggör skattning av där de konflikten – och dryck-relaterade hjärnan oscillerande förändringarna sker och att förstå den tidsmässiga ordning (”när”) av de inblandade neurala komponenterna.
Beslutsfattande är beroende av samspelet mellan distribuerade hjärnregioner som är dynamiskt engagerade för att hantera ökade krav på kognitiv kontroll. Ett sätt att uppskatta händelse-relaterade förändringar i långväga synchrony mellan två kortikala regioner är att beräkna deras fas koppling som ett index av deras samtidig svängningar11,12. Föreliggande studie tillämpas en fas-låsning analys för att testa grundläggande grundsats i konflikten övervakning teori genom att undersöka de co-oscillatory interaktioner mellan ACC och latPFC. Neurala svängningar i theta intervall (4-7 Hz) är associerade med kognitiv kontroll och har föreslagits som en grundläggande mekanism som stöder den långväga synkronisering behövs för uppifrån kognitiv bearbetning13,14, 15,16. De genereras i prefrontala områden som en funktion av uppgift svårigheter och är betydligt försvagade av akut alkohol berusning17,18,19,20.
Långsiktiga överdrivet alkoholintag är förknippat med en rad kognitiva underskott med prefrontala kretsar särskilt drabbade21,22. Akut alkoholförgiftning är till nackdel för kognitiv kontroll under förhållanden av ökade svårigheter, tvetydighet eller de som inducerar svar oförenlighet17,23,24. Genom att påverka beslutsfattande, alkohol kan störa målinriktat beteende, kan resultera i dålig självkontroll och ökat drickande och kan också bidra till trafik – eller arbetsrelaterade risker25,26,27 . Föreliggande studie används en aMEG metod för att mäta aktiviteten oscillerande theta band och synkronisering mellan de verkställande huvudområdena med utmärkta temporal upplösning. Effekterna av alkohol på theta-aktivitet och samtidig svängningar mellan ACC och latPFC undersöks som en funktion av konflikten som framkallas av aktiviteten Stroop störningar. Vi hypotes att ökade kognitiva krav är förknippade med större funktionella synchrony och att alkohol-inducerad dysreglering av synkron aktivitet av de mediala och laterala prefrontala cortices ligger bakom nedskrivningar i kognitiv kontroll.
I multimodal imaging metod som används i denna studie består av distribuerade källa modellering av temporally exakt MEG signalen tillsammans med rumsliga begränsningar av inverterad uppskattningarna härrör från varje deltagares strukturella MRI. Metoden aMEG kombinerar styrkan av dessa tekniker för att ge insikt i de plats och tid stadierna av oscillerande dynamics och långväga integrationen subserving kognitiv kontroll. Denna metod ger större tidsmässiga precision än andra neuroimaging-tekniker såsom fMRI-…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete har stötts av National Institutes of Health (R01-AA016624). Vi är tacksamma mot Dr. Sanja Kovacevic för hennes viktiga bidrag.
Elekta Neuromag | Elekta | Magnetoencephalography system | |
1.5 T GE EXCITE HG | General Electric | Magnetic Resonance Imaging scanner | |
Gold Cup Electrodes | OpenBCI | Electroencephalography electrodes for optional simultaneous EEG recording | |
Prep Check Impedance Meter | General Devices | Check electrode impedances | |
HPI Coils | Elekta | Head position indicator coils for co-registration | |
Alcotest | Draeger | Breathalyzer | |
Fiber Optic Response Pad | Current Designs, Inc | MEG-compatible response pad | |
Grey Goose Vodka | Bacardi | Vodka is used during the alcohol session | |
Orange Juice | Naked | Orange juice is used as the beverage during the placebo session as well as mixed with vodka during the alcohol session | |
Discover Drug Test Card | American Screening Corp | Multi-screen drug test | |
QED Saliva Alcohol Test | OraSure Technologies | Saliva alcohol test | |
Urine Hcg Test Strips | Joylive | Pregnancy test | |
Short Michigan Alcohol Screening Test | Selzer et al., 1975 | Alcoholism screening questionnaire | |
Zuckerman Sensation Seeking Scale | Zuckerman, 1971 | Questionnaire: disinhibitory, novelty-seeking, and socialization traits | |
Eysenck Impulsivity Inventory | Eysenck & Eysenck, 1978 | Questionnaire: impulsivity traits | |
Eysenck Personality Questionnaire | Eysenck & Eysenck, 1975 | Questionnaire: personality traits | |
Biphasic Alcohol Effects Scale | Martin et al., 1993 | Questionnaire: subjective experience of the effects of alcohol |